Знание-сила, 2008 № 06 (972)

Странности биологического разнообразия

То, что жизнь на Земле проходит через взлеты и спады, ни для кого не новость. Известно, что, например, 550 миллионов лет назад, в так называемую Кембрийскую геологическую эпоху, произошел подлинный «биологический взрыв» — очень быстрое (разумеется, в геологических масштабах времени, то есть продолжавшееся лишь несколько миллионов лет) образование множества новых видов и форм живых организмов. Известно также, что 65 миллионов лет назад какая-то катастрофа (видимо, падение крупного метеорита) уничтожила всех динозавров. А 250 миллионов лет назад, в так называемую Пермскую эпоху, другая катастрофа (пока еще непонятной природы) уничтожила чуть не 80% всей морской живности. И так далее.

Словом, жизнь на Земле знает свои взлеты и свои падения, и при каждом из них число биологических видов (или, как говорят, биоразнообразие) становится то больше, то меньше, но странно не это, а то, что эти колебания имеют, оказывается, определенную периодичность. Разумеется, если учитывать только крупные события, вроде Кембрийского взрыва или Пермской катастрофы, то эту периодичность вообще нельзя заметить — слишком мало точек; но вот если обратиться к детальным данным об изменении количества живых видов на всем протяжении истории Земли, то такая закономерность неожиданно выявляется.

Первым ее подметил уже в 1970-е годы Кит Стюарт Томпсон из Йельского университета. По его подсчетам, всплески в количестве живых видов повторялись в истории Земли через каждые 62 миллиона лет. Затем той же проблемой занялись Альфред Фишер и Майкл Макартур из Принстона, у которых этот период между спадами (или всплесками) биологического разнообразия оказался равным 32 миллионам лет.

Работа Мюллера и Роде, опубликованная в журнале Nature, дает удобную возможность присмотреться к тому, как ищется такая закономерность. Как мы уже сказали, тут нужно иметь много «точек», то есть много данных о количестве живых видов в разные моменты минувших геологических эпох. Неоценимую помощь в поиске таких данных оказывает собранный Давидом Сепкоски материал. Сепкоски «пролопатил» обзоры всех исследований по окаменелым останкам живых существ самых разных видов на протяжении сотен миллионов лет и составил сводную таблицу этих результатов. Для каждого биологического вида (а всего их в этой таблице 36 тысяч!) он указал тот начальный интервал времени, к которому относится появление самых ранних останков этого вида, и тот конечный интервал, в который попадают самые поздние его останки. Эта таблица покрывает 542 миллиона лет земной истории вплоть до Кембрийского взрыва, когда, собственно, и началось подлинное разнообразие биологических видов, ведь до этого в земных океанах плавали одни лишь бактерии, археи да простейшие многоклеточные.

Опираясь на эти данные, Мюллер и Роде составили свою таблицу, в которой каждому виду поставили в соответствие уже не интервалы, а точные даты его появления и исчезновения (для этого они приняли за дату «появления» вида начало его первого интервала, а за дату «исчезновения» — конец последнего). Сами даты они рассчитали по таблицам Международной стратиграфической комиссии, где указаны абсолютные даты начала и конца всех геологических эпох, подсчитанные на основе радиоизотопных измерений, изучения палеомагнетизма и т.п. Получив в итоге данные для всех 36 тысяч разных видов, Мюллер и Роде разбили все 542 миллиона лет истории Земли на 180 отрезков по 3 миллиона лет и подсчитали, какое количество живых видов существовало в каждом, а затем нанесли эти результаты на график, построили соответствующую кривую и проанализировали ее с помощью метода Фурье. Этот метод позволил им найти те кривые, наложение которых дает огибающую, наиболее близкую к их графику. Оказалось, что их огибающая является в основном суммой двух простых синусоид — главной, период которой составляет 62 миллиона лет, и побочной с периодом 140 миллионов лет.

Тщательность и полнота, с которыми были проведены расчеты Мюллера и Роде, не оставляют сомнений в реальности найденных ими закономерностей, и поэтому возникает естественный вопрос: как их объяснить? По какой причине на Земле каждые 62 миллиона лет существенно уменьшается число биологических видов и почему каждые 140 миллионов лет то же самое повторяется, хотя и во много меньшем масштабе? Роде склонялся к геологическому объяснению, указывая на обнаруженный геофизиками 142-миллионолетний цикл повторяемости сильной вулканической активности на всей планете. Извержения вулканов действительно могут вызвать гибель многих живых видов. Однако такого же цикла с периодом в 62 миллиона лет геофизика не знает. Поэтому Мюллер выдвинул предположение, что этот цикл связан с какими-то астрономическими причинами — например, с тем, что примерно каждые 60 миллионов лет Солнечная система в ходе своего движения вокруг центра нашей галактики совершает полный цикл приближения и удаления от него, а также подъема над ее плоскостью и опускания под эту плоскость. Но объяснить, как могут такие циклические изменения траектории Солнца влиять на судьбу живых видов на Земле, он не сумел.

И лишь недавно, два года спустя, двое ученых из Канзасского университета, Мелон и Медведев, объяснили и это. Они указали на одно обстоятельство, которое не было известно Мюллеру. Ведь движется не только Солнце внутри Млечного Пути — сам Млечный Путь вместе с близкими к нему галактиками притягивается к огромному, сверхмассивному скоплению галактик в созвездии Девы. Двигаясь со скоростью порядка 100 километров в секунду, Млечный Путь создает ударную волну в форме натянутого лука, распространяющуюся в окружающей космической плазме впереди его северного края. Пока Солнце совершает свои приближения-удаления и спуски-подъемы, оставаясь внутри магнитного поля Млечного Пути, это поле защищает Солнечную систему от мощного потока космических лучей, непрерывно порождаемых прохождением ударной волны в плазме. Но раз в 64 миллиона лет Солнце, поднимаясь над плоскостью Млечного Пути, выходит из защитного магнитного кокона, и тогда этот поток обдувает все околосолнечные планеты, включая Землю. Он порождает в земной атмосфере частицы распада, губительно влияющие на живые организмы, способствует созданию облаков, отражающих солнечный свет и этим понижающих температуру на Земле, создает в верхних слоях атмосферы нитраты, разрушающие озоновый защитный слой, — всего этого вполне достаточно, чтобы вызвать резкое уменьшение биологического разнообразия.

Гипотеза канзасских астрономов быстро нашла подтверждение, когда ударная волна предсказанной ими формы была обнаружена впереди другой, вдвое быстрее движущейся галактики. Тем самым была подтверждена и мысль Мюллера о связи закономерностей изменений земного биологического разнообразия с факторами космического масштаба. А сам Мюллер поздравил молодых канзасских ученых, заявив газетам: «Эти ребята открыли то недостающее звено, о котором мы с Роде даже не могли подозревать».

Александр Александровский (Институт географии РАН)

Николай Кренке (Институт археологии РАН)

Александр Лазукин (Звенигородский краеведческий музей)

Елена Спиридонова (Институт археологии РАН),

рассказывают о результатах работ на берегу Москвы-реки